Hai nghiên cứu công bố ngày 9/10 phát hiện một khối vật chất tối nhỏ, nặng khoảng 1 triệu lần Mặt Trời, tạo ra nhiễu loạn hấp dẫn trong quầng vô tuyến của thiên hà B1938+666. Kỹ thuật này mở ra cách mới để kiểm chứng lý thuyết vật chất tối lạnh.
Điểm nổi bật:
- Các nhà thiên văn phát hiện vật thể tối nhỏ ẩn trong vành đai Einstein B1938+666.
- Vật thể có khối lượng gấp khoảng 1 triệu lần Mặt Trời, nhỏ hơn 100 lần so với kỷ lục trước.
- Phát hiện sử dụng dữ liệu vô tuyến từ nhiều kính viễn vọng toàn cầu đạt độ phân giải quy mô Trái Đất.
- Nhiễu loạn hấp dẫn trong quầng vô tuyến cho thấy một khối vật chất tối cô lập.
- Phương pháp mới hỗ trợ kiểm chứng lý thuyết vật chất tối lạnh.
Phát hiện 'vật thể tối' trong vành đai Einstein ở xa
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một "vật thể tối" nhỏ đáng ngạc nhiên ẩn nấp trong một vòng ánh sáng bị cong vênh ở xa. Phát hiện phá kỷ lục có thể giúp làm sáng tỏ danh tính bí ẩn của vật chất tối, điều này sẽ có ý nghĩa lớn đối với lĩnh vực vũ trụ học.
Vật thể ẩn, có khả năng là một khối vật chất tối vô hình, được phát hiện trong B1938+666 - một vành đai Einstein nằm cách Trái đất khoảng 10 tỷ năm ánh sáng. Quầng sáng này được tạo thành từ ánh sáng từ một thiên hà xa xôi đã bị uốn cong xung quanh một thiên hà tiền cảnh gần hơn. Đây là một hiệu ứng của thấu kính hấp dẫn, một hiện tượng được đề xuất lần đầu tiên bởi thuyết tương đối rộng của Albert Einstein vào năm 1915.
Thấu kính hấp dẫn và vòng Einstein
Thấu kính hấp dẫn không chỉ làm cong ánh sáng mà còn phóng đại nó đáng kể. Khi vật thể thấu kính được căn chỉnh hoàn hảo giữa vật thể ở xa và người quan sát, ánh sáng uốn cong thành một vòng tròn xung quanh vật thể tiền cảnh, được gọi là vòng Einstein. Tuy nhiên, một căn chỉnh không hoàn hảo cũng có thể tạo ra các hình dạng kỳ lạ khác, chẳng hạn như chữ thập, zig-zag và dấu hỏi, cũng như trùng lặp các điểm sáng riêng lẻ trong cùng một hình ảnh.
Phương pháp quan sát và phát hiện nhiễu loạn
B1938+666 được phát hiện vào những năm 1990. Nhưng trong một cặp nghiên cứu mới, được công bố ngày 9 tháng 10 trên tạp chí Thiên văn học Tự nhiên và Thông báo hàng tháng của Thiên văn học Hoàng gia, các nhà nghiên cứu đã xem xét kỹ hơn vật thể có thấu kính hấp dẫn và tìm thấy một sự lắc lư tinh tế trong một vòng cung sóng vô tuyến nổi bật ở vòng ngoài (màu đỏ và vàng trong ảnh). Họ nhanh chóng nhận ra đây là một nhiễu loạn hấp dẫn gây ra bởi một vật thể ẩn.
"Từ hình ảnh có độ phân giải cao đầu tiên, chúng tôi ngay lập tức quan sát thấy sự thu hẹp trong vòng cung hấp dẫn, đó là dấu hiệu cho thấy chúng tôi đang ở trên một cái gì đó", John McKean, nhà thiên văn học tại Đại học Groningen và Đại học Pretoria, cho biết. "Chỉ có một khối lượng nhỏ khác giữa chúng ta và thiên hà vô tuyến xa xôi mới có thể gây ra điều này."
Các nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra vật thể này bằng cách kết hợp dữ liệu từ các đài quan sát vô tuyến trên toàn cầu, bao gồm Kính viễn vọng Green Bank ở Tây Virginia, Mảng đường cơ sở rất dài ở New Mexico và Mạng giao thoa kế đường cơ sở rất dài của châu Âu. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu đạt được sức mạnh quan sát tương đương với kính viễn vọng có kích thước Trái đất, giúp họ phát hiện ra sự dao động tinh tế như vậy trong dữ liệu.
Khối lượng và ý nghĩa của vật thể
Vật thể này nặng hơn Mặt Trời khoảng 1 triệu lần, tuy nghe có vẻ rất nhiều nhưng thực chất nhỏ hơn khoảng 100 lần so với kỷ lục trước đó về vật thể có khối lượng nhỏ nhất từng được phát hiện thông qua thấu kính hấp dẫn.
Mặc dù không thể chắc chắn, các nhà nghiên cứu tự tin rằng vật thể mới là một khối nhỏ của vật chất tối - vật chất vô hình chiếm 27% vũ trụ đã biết và không tương tác với ánh sáng. Thấu kính hấp dẫn là một trong những cách duy nhất chúng ta có thể phát hiện và đo lường vật chất tối, làm cho các vành đai Einstein và các vật thể bị cong vênh khác trở thành một trong những vũ khí lớn nhất của chúng ta trong việc vạch trần danh tính thực sự của nó.
Hướng nghiên cứu tương lai
Việc tìm kiếm các cụm vật chất tối cô lập như thế này đặc biệt hữu ích để kiểm tra lý thuyết vật chất tối lạnh. Các nhà nghiên cứu dự đoán những cụm này phổ biến hơn rất nhiều so với hiện tại và hy vọng có thể phát hiện thêm nhiều cụm xung quanh các vành đai Einstein đang ngày càng tăng số lượng nhờ kính viễn vọng James Webb.
Nhìn nhận cho ngành thiên văn tại Việt Nam:
Trong bối cảnh Việt Nam đang đẩy mạnh hợp tác quốc tế và nâng cao năng lực nghiên cứu, phát hiện này mang đến cơ hội quan trọng để các viện nghiên cứu trong nước tham gia vào các dự án theo dõi thấu kính hấp dẫn bằng kính viễn vọng vô tuyến. Việc xây dựng đội ngũ và trang bị công nghệ phù hợp sẽ mở rộng khả năng phát hiện các cụm vật chất tối tiềm ẩn. Hơn nữa, kết nối với các mạng lưới kính viễn vọng toàn cầu như VLBI có thể giúp Việt Nam góp mặt trong những khám phá mang tính bước ngoặt, đồng thời truyền cảm hứng cho thế hệ sinh viên ngành vật lý thiên văn và vũ trụ học trong nước.
